Расчет оснований и фундаментов промышленного здания (место строительства - город Тюмень, уровень пола первого этажа 19,50 м)

СОДЕРЖАНИЕ

1.  Исходные данные

1.1.  Место строительства

1.2.  Инженерно-геологические условия площадки строительства

1.3.  Конструктивная схема здания

1.4.  Выбор колонн

2.  Сбор нагрузок, действующих на фундаменты

3.  Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

3.1.  Вычисление производных характеристик

3.2.  Классификация грунтов

4.  Назначение вариантов фундаментов

5.  Проектирование фундаментов мелкого заложения

5.1.  Определение глубины заложения фундаментов

5.2.  Определение приведенных нагрузок

5.3.  Определение размеров подошвы фундаментов

5.4.  Проверка слабого подстилающего слоя

5.5.  Расчет осадок фундаментов

6.  Расчет свайных фундаментов

6.1.  Определение глубины заложения фундаментов

6.2.  Определение расчетных нагрузок

6.3.  Определение длины свай

6.4.  Определение несущей способности свай

6.5.  Определение количества свай в кусте

6.6.  Расстановка свай в кусте и определение размеров ростверка

6.7.  Расчет осадки свайного фундамента

1. Исходные данные

1.1.  Место строительства

Номер варианта грунтовых условий и географического пункта строительства – 18. Место строительства – г. Тюмень. УПВ – 19,50 м.

1.2. Инженерно-геологические условия площадки строительства

Таблица 1.1.

Физико-механические свойства грунтов

№№	Наименование грунта	Плотность твердых частиц грунта rss т/м3	Плотность грунта r,    т/м3	Природная влажность, w д.е	Влажность на границе раскатывания, wp д.е.	Влажность на границе  текучести. wlL д.е.	Угол внутреннего трения jII град.	Угол внутреннего трения jI град	Удельная сила сцепления СII, кПа	Удельная сила сцепления СI, кПа	Модуль деформации  E, кПа
I-29	Глина	2,71	1,697	0,227	0,106	0,294	11	9	33	18	8,6
II-28	Суглинок	2,75	1,897	0,338	0,218	0,424	10	6	35	21	9,1
III-1	Песок крупный	2,65	1,98	0,25	-	-	35	33	0	0	28

1.3. Конструктивная схема здания

Номер варианта здания – 1.

Стены здания из панелей s=300 мм.

Опирание всех балок (ферм) на колонны.

Температура внутри производственного корпуса +18С; в бытовых помещениях +20С.

В бытовых помещения нагрузки 6 кН/ м².

1.3. Выбор колонн

2. Сбор нагрузок, действующих на фундаменты

Вертикальная сосредоточенная нагрузка (N_II), передающаяся от колонны на фундамент:

,

где – грузовая площадь покрытия (перекрытия), приходящаяся на рассматриваемую колонну;

   – заданная единичная нагрузка соответствующего пролета.

В единичные значения нагрузок включены:

-собственный вес конструкции покрытия (перекрытия),

-собственный вес колонны,

-снеговая, крановая и другие виды нагрузок.

Кроме вертикальной нагрузки от колонн, на которые опираются элементы покрытия или перекрытий, на фундаменты передаются моменты и горизонтальные силы, действующие в плоскости поперечника здания.

Нагрузки от собственного веса стен подсчитываются как произведение одного квадратного метра вертикальной поверхности на грузовую площадь, приходящуюся на рассматриваемый фундамент.

,

где – ширина стенового пояса, приходящаяся на рассматриваемый фундамент;

– высота стены;

 – вес стеновых панелей, ;

– коэффициент просветности, учитывающий уменьшение веса стен за счет оконных и дверных проемов:

·  для наружных стен цехов промышленных зданий ;

·  для наружных стен бытовых помещений .

                 ФМ1                                           ФМ3                                 

                        ФМ7                                  ФМ10

Таблица 2.1. Сбор нагрузок

№ фундамента	Нагрузки от колонн						Нагрузки от стен
	Колонна	Грузовая площадь	Единичная нагрузка	N, кН	М, кН	Q, кН	Грузовая площадь	Единичная нагрузка	k	Pст
ФМ1	1	54	10	540	43,2	5,4	57,6	3	0,5	86,4
ФМ3	2	27	10	270	21,6	2,7	28,8	3	0,5	43,2
							28,8	3	0,5	43,2
ФМ7	3	27	10	270	13,5	1,62	57,6	3	0,5	86,4
	4	18	6	108	0	0	0	0	0	0
ФМ10	5	36	6	216	0	0	0	0	0	0

3.  Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

3.1. Вычисление производных характеристик

	Объемный вес скелета грунта, т/м	Объемный вес грунта, т/м	Плотность сухого грунта, т/м	Объемный вес сухого грунта, т/м	Пористость грунта, д.е.	Коэффициент пористости грунта, д.е.	Степень влажности грунта, д.е.	Объемный вес грунта с учетом взвешивающегося действия воды, т/м3	Число пластичности, д.е.	Показатель текучести, д.е.
	γs=ρs*g	γ=ρ*g	ρ=ρ/(1+ω)	γd=ρd*g	n=1-(ρd/ρs)	e=n/(1-n)	Sr=(ω*ρs)/(e*ρω)	γsb=(γs-γω)/(1+e)	Ip=ωL-ωP	IL=(ω-ωP)/(ωL-ωP)
Глина	26,585	16,648	1,383	13,568	0,374	0,597	1,031	10,386	0,188	0,644
Суглинок	26,978	18,610	1,418	13,908	0,310	0,450	2,067	11,711	0,206	0,583
Песок крупный	25,997	19,424	1,584	15,539	0,253	0,338	1,958	11,952	-	-

3.2. Классификация грунтов

1. Глина

- уточнение вида грунта (I_p=0,188>0,17 д.е.) – глина;

- наименование грунта по показателю текучести  (0,5>I_L=0,644>0,75 д.е.) – мягкопластичная;

- по степени водонасыщения (S_r=1,031>1,00) – насыщенная водой;

- по степени сжимаемости (5>Е=8,6>20) – среднесжимаемый.

2. Суглинок

- уточнение вида грунта (I_p=0,206>0,17 д.е.) – глина;

- наименование грунта по показателю текучести  (0,5>I_L=0,583>0,75 д.е.) – мягкопластичная;

- по степени водонасыщения (S_r=2,067>1,00) – насыщенная водой;

- по степени сжимаемости (5>Е=9,1>20) – среднесжимаемый.

3. Песок крупный

- по крупности – крупный;

- коэффициент пористости грунта (е=0,338<0,55) – плотный;

- по степени водонасыщения (S_r=1,958>1,00) – насыщенная водой;

- по степени сжимаемости (Е=28>20) – слабосжимаемый.

4. Назначение вариантов фундаментов

С учетом дейтсвующих нагрузок, а также геологии и гидрогеологических условий строительной площадки рассмотрим два наиболее распространенных типа фундаментов:

- фундаменты мелкого заложения;

- свайные фундаметы.

5. Расчет фундаментов мелкого заложения

5.1. Определение глубины заложения фундаментов

Фундамент №1:

По конструктивным признакам:

d_констр = d_кол + 0,050 + 0,300 = 1,350 + 0,050 + 0,300 = 1,7м.

По недопущению морозного пучения:

Глубина заложения наружного фундамента определяется через глубину промерзания грунта.

Нормативная глубина промерзания:

d_fn = d_o √M_t = 0,23*√61,2 = 1,8 м, где

М_t – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в городе Тюмень, принимаемых по СНиП 2.01.01-82, M_t = -14,4-16,6-14,8-8-7,4 = -61,2;

d_o – величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м.

Расчетная глубина промерзания:

d_f = d_fn K_n = 1,8*0,55 = 0,99, где

d_fn – нормативная глубина промерзания грунта, м;

K_n – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый по СНиП 2.02.01-83. K_n = 0,55.

Уровень грунтовых в области рассматриваемого фундамента находится от поверхности на расстоянии d_w = 6,2 м (d_w > d_f+2). Фундамент опирается на глину, поэтому глубина заложения должна быть не менее d_f (табл. 5.3. СП 22.13330.2011). Так как фундамент наружный, принимаем глубину заложения 1,8 м.

Фундамент №3:

Аналогично фундаменту №1.

Фундамент №7:

По конструктивным признакам:

d_констр = d_кол + 0,050 + 0,300 = 1,350 + 0,050 + 0,300 = 1,7м.

По недопущению морозного пучения:

Глубина заложения наружного фундамента не зависит от глубины промерзания грунтов (п. 5.5.5., СП 22.13330.2011). Следовательно d = 1,7 м.

Фундамент №10:

По конструктивным признакам:

d_констр = d_кол + 0,050 + 0,300 = 0,9 + 0,050 + 0,300 = 1,25м.

По недопущению морозного пучения:

Глубина заложения наружного фундамента не зависит от глубины промерзания грунтов (п. 5.5.5., СП 22.13330.2011). Следовательно d = 1,25 м.

5.2. Определение приведенных нагрузок

N₀=N_II + Р_ст,

M_oy=M_II + Q_IId + Р_сте

М_ох= Р_сте

Фундамент №1:

N₀ = N_II + Р_ст = 540 + 86,4 = 626,4 кН

M_oy = M_II + Q_IId+ Р_сте = 43,2 + 5,4*1,8 + 86,4*0,65 = 109,1 кНм

М_ох= Р_сте = 0 кНм

Фундамент №3:

N₀ = N_II + Р_ст1 + Р_ст2 = 270 + 43,2 + 43,2 = 356,4 кН

M_oy = M_II + Q_IId + Р_ст2е = 21,6 + 2,7*1,7 + 43,2*0,65 = 54,27 кНм

М_ох= -Р_ст1е = -43,2*0,65 = -28,08 кНм

Фундамент №7:

N₀ = N_IIк1 + N_IIк2 + Р_ст = 270 + 108 + 86,4 = 464,4 кН

М_оy= M_II + Q_IId = 13,5 + 1,62*1,7 = 16,25 кНм

M_oх = N_IIк1*е - N_IIк2*е - Р_сте = 270*0,5 + 108*0,5 + 86,4*0,15 = 201,96 кНм

Фундамент №10:

N₀ = 216 кН

M_oy = 0

М_ох= 0

5.3. Определение размеров подошвы фундаментов

ФМ7

Задаемся ориентировочными размерами фундамента колонны, исходя из конструктивных требований:

l = 300+400+300+300+400+300 = 2000 мм, b = 300+1000+300 = 1600 мм.

Определим расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента.

R = , где

 – коэффициенты условий работы (1,25; 1,0);

k = k_z = 1;

 – усредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (15,89),  = (16,64*4,3 + 18,61*2,6 + 19,42*1) / (4,3 + 2.6 + 1) = 17,64

 - то же выше подошвы,  = 16,64*1,7 = 28,29

d₁ – глубина заложения фундамента (1,7 м);

 – коэффициенты, которые зависят от φ опорного слоя